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化工设备腐蚀与防护
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钢铁生锈是我们日常生活中经常见到的现象,说明钢铁会在大气环境下发生腐蚀,考古发掘很难出土钢铁文物,说明钢铁在土壤中腐蚀更快。化工设备多是用金属材料制造,腐蚀给化工生产造成极大破坏。造成腐蚀的原因是多种多样的,我们要对设备采取一定的防腐蚀措施,减缓腐蚀速度,延长设备寿命。

1.腐蚀及腐蚀的危害

材料与周围介质发生化学作用或电化学作用而引起的破坏称为腐蚀。金属材料如铁生锈(图1)、铜生绿锈(图2)、铝生白斑的现象属于腐蚀,非金属材料如塑料、橡胶的老化、龟裂等也看做是腐蚀。

腐蚀危害到国民经济生产的各个部门,造成经济上的巨大损失。尤其在化工生产中,由于物料(如酸、碱、盐和腐蚀性气体等)往往具有强烈的腐蚀性,而化工设备被腐蚀将造成严重的后果:如腐蚀产物影响化工产品质量;腐蚀引起设备事故影响生产的连续性、造成跑冒滴漏损失物料、增加原材料消耗、恶化劳动条件、提高产品成本;腐蚀产物会堵塞仪器仪表管口导致读数不准或控制失灵;腐蚀使设备强度不足导致设备报废;腐蚀引起大的火灾爆炸事故造成的人员伤亡、环境破坏的损失远超设备价值,因此,化工设备的腐蚀与防腐问题必须认真对待。

2.金属材料腐蚀分类

(1)化学腐蚀

化学腐蚀是指金属与干燥的气体或非电解质溶液产生化学作用引起的腐蚀。化学腐蚀的特点是腐蚀过程中无电流产生,且温度越高,腐蚀介质浓度越大,腐蚀速度越快。如各种管式炉的炉管受高温氧化,金属在铸造、锻造、热处理过程中发生的高温氧化等。化学腐蚀后若形成致密、牢固的表面膜,则可阻止外部介质继续渗入,起到保护金属的作用,如铝与氧形成Al2O3表面保护膜。

(2)电化学腐蚀

电化学腐蚀是指金属与电解质溶液产生电化学作用引起的腐蚀。电化学腐蚀是很普遍、很常见的腐蚀,如金属在酸、碱、盐溶液、土壤、海水中的腐蚀都属于电化学腐蚀。电化学腐蚀的特点是腐蚀过程中有电流产生。电化学腐蚀比化学腐蚀强烈的多,金属的破坏大多是由电化学腐蚀引起的。

(1)全面腐蚀

全面腐蚀分布在整个金属表面上,腐蚀的分布和深度相对较均匀,所以也叫均匀腐蚀。碳钢在强酸中发生的腐蚀会属于均匀腐蚀,这是一种质量损失较大而危险性相对较小的腐蚀,对于化工容器而言,可通过设计时增加设备的壁厚来保障设备的安全。

(2)局部腐蚀

局部腐蚀主要集中在金属表面某些极其小的区域,由于这种腐蚀的分布、深度很不均匀,预测和防止也比较困难,常在整个设备较好的情况下,发生局部穿孔或破裂而引起严重事故,所以危险性很大。常见的局部腐蚀有缝隙腐蚀、小孔腐蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀等。

缝隙腐蚀一般发生在狭小的缝隙之间,缝隙宽度大约在0.025-0.1mm之间可能发生缝隙腐蚀。缝隙太小,液体由于表面张力作用难以进入缝隙,缝隙太大,液体能够进行对流流动,一般不会发生缝隙腐蚀。化工设备的法兰连接、接管、螺栓、垫片、换热器管子与管板连接等位置容易发生缝隙腐蚀。

晶间腐蚀是指金属材料在一定的腐蚀性介质中沿材料晶体边界发生的腐蚀破坏。晶间腐蚀的金属损失较少,但是由于腐蚀后晶间材料结合力降低导致材料强度下降。如受晶间腐蚀后的不锈钢,表面看变化不大,但能承受力极小,甚至一敲即碎。不锈钢、镍基合金、铝合金镁合金等材料常用来制造化工设备,他们极易发生晶间腐蚀。

2.3按照腐蚀的环境分类

按照腐蚀的环境可分为大气腐蚀、水和蒸汽腐蚀、土壤腐蚀、化学介质(酸、碱、盐)腐蚀等。


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